目前,在處理城市生活垃圾填埋場的滲濾液方面,世界上一些國家如新西蘭、美國、澳大利亞等采用了UASB藝,運行效果良好。我國也有實例,如福州、武漢、昆山等地在處理垃圾滲濾液時也有采用UASB工藝。但由于我國對這方面研究不足,使得相當一部分處理垃圾滲濾液的UASB反應器啟動十分困難。為此,本研究側重于為實現處理垃圾滲濾液的UASB反應器的快速啟動提供實驗依據和科學方法。
1 實驗方法
1.1 實驗裝置
實驗用UASB反應器采用內徑為200 mm有機玻璃圓柱,高2.1m,總容積55L,有效容積50L,在高度方向上每隔300mm開一取樣孔。
1.2 實驗步驟及條件
?、偻都咏臃N污泥,接種污泥投加量為UASB反應器有效容積的25%左右:接種污泥來自上海市某生活污水處理廠二沉池的剩余污泥,ρ(MLVSS)=5350mg/L。沉降性能良好。
②第一周將UASB反應器的有機負荷(以CODcr計)控制在0.5kg/(m3.d),以后每隔7d增加一次有機負荷,即有機負荷為1,2,4,7,10kg/(m3.d)。
?、弁ㄟ^調節回流水量而控制整個啟動期間液體上升流速(也即表面水力負荷)在3.0m周左右。
④考慮到高污泥停留時間是厭氧反應器高效運行的保證,本啟動期間并未進行排泥,從而保持高污泥濃度和高污泥停留時間。
?、萦捎趨捬跫毦?0-40℃活性較高,而實際工程加溫費用較為昂貴,故水溫選夏季室內水溫25-30℃進行啟動實驗。
?、蘩鴿B濾液來自上海市老港城市生活垃圾填埋場調節池滲濾液原水,本實驗在啟動階段對此原水進行了稀釋,使產(CODcr)-2500mg/L,p(NH3-N)≈200mg/L,ρ(TP)≈3.5mg/L,在工程中可以通過出水回流來稀釋較高濃度的滲濾液。
2 結果與討論
2.1 選擇壓與污泥顆?;?/p>
已有的研究表明,當溫度等外界條件一定時,對UASB反應區內的顆粒污泥的形成影響最大的是基質的種類、濃度以及液體上升流速(也即表面水力負荷)和表面產氣負荷(合稱選擇壓)。由Hickey[2],Letting G.[3],Driessen[4]等人的研究表明基質的質量濃度(CODcr)在4000mg/L以下為宜。同時在Riitta[5]等人的研究中認為液體上升流速在 2.5-3.0m/d(甚至0.72-0.96 m/d[6])之間時,最有利于UASB反應器內污泥的顆?;?。鑒于以上原因,本實驗的液體上升流速控制在3.0±0.2m/d,較國內的報道(一般為10m/d以上)要低得多。圖1反映了反應區內污泥平均粒徑與選擇壓(以液體上升流速與表面產氣負荷之和計)隨時間的變化。由圖1可見,在表面產氣負荷快速增長期(第30天至第60天)污泥粒徑增長迅速,平均增長了1.0mm,不僅充分說明了選擇壓對于污泥平均粒徑有顯著的影響,而且還從另一側面證明了充氣攪拌確實可以加快污泥顆?;M程[7]。
2.2 有機負荷
有機負荷與CODcr去除率隨時間的變化情況如圖2所示。由圖2可見,隨著運行時間的增長CODcr去除率總體上是逐步增長的,且每次有機負荷突增后,CODcr去除率有所下降但又會馬上回升;同時進水濃度對UASB反應器也有一定的影響,如在第44天時進水CODcr的質量濃度從原來的約2500mg/L升到約 3500mg/L時,CODcr去除率下降到54.9%,但第46大又達到了63.4%,說明UASB反應器抗沖擊負荷能力比較強。對于UASB反應器處理垃圾滲濾液而言,只經過50d的啟動,有機負荷(以CODcr計)就高達10kg/(m3.d),且CODcr去除率高達70%以上,這顯然比常規所需的啟動時間4-6個月[4]要短得多。究其原因,是因為在CODcr去除率較低(30%-60%)時,底部進水口的乙酸質量濃度較高(1000-1500mg/L),充分發揮7以巴氏甲烷八疊球菌為主體的球狀顆粒污泥(又稱A型顆粒污泥)在乙酸濃度較高時比增殖速度快的生理特性;而常規啟動為了避免酸化,常在CODcr去除率達80%-90%后才提高有機負荷,其結果是從一開始即維持體系中較低水平的乙酸濃度,而無法培養起A型顆粒污泥[7]。